AÇIK İŞLETME PATLATMALARINDAN
KAYNAKLANAN TİTREŞİMLERİN YAKIN YERALTI İŞLETMELERİNDEKİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ VE
EN AZA İNDİRİLMESİ
INVESTIGATION AND MINIMISATION OF THE EFFECTS OF VIBRATION DUE TO SURFACE MINE
BLASTS ON NEARBY UNDERGROUND MINES
AYNUR ARPAZLI
PROF. DR. GÜZİN GÜLSEV UYAR Tez Danışmanı
Hacettepe Üniversitesi
Eğitim Öğretim ve Sınav Yönetmeliğinin Maden Mühendisliği Anabilimdalı İçin Öngördüğü
YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak hazırlanmıştır.
2018
Canım Ailem’e
ÖZET
AÇIK İŞLETME PATLATMALARINDAN KAYNAKLANAN TİTREŞİMLERİN YAKIN YERALTI İŞLETMELERİNDEKİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ VE EN AZA İNDİRİLMESİ
Aynur ARPAZLI
Yüksek Lisans, Maden Mühendisliği Tez Danışmanı: Prof. Dr. Güzin Gülsev UYAR
Mayıs 2018, 67 sayfa
Açık ocaklardaki sismik olayların kökeni, daha çok madencilik faaliyetlerden kaynaklanmaktadır. Yüzey örtüsünün kaldırılması ile ayna gerisinde yaratılan gerilme alanındaki değişimler titreşimlere yol açmaktadır. Bu titreşimler, sadece insan kaynaklı etkilere bağlı olarak, herhangi bir ortam (yeriçi, yapı veya malzeme) içerisinde kontrolsüz oluşan sismik olaylardır. Bunların oluşum biçimleri deprem gibi doğal özellikler taşırken, oluşum nedenleri ise tamamen yapay kaynaklıdır. Açık işletmelerde en önemli titreşim kaynağı, patlatmalardır. Patlatmalardan kaynaklanan titreşimlerin yerüstü yapılarına olan etkileri yıllardan beri çalışılmakta ve uygun yöntemlerle en aza indirilebilmektedir. Bu olayların, açık işletmelerin yakınındaki yeraltı işletmelerine olan etkileri ise çok fazla çalışma konusu olmamıştır. Yapılan çalışmalarda ise hala 1970’li yıllardan kalma yaklaşımlar kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, açık işletmelerdeki patlatmaların, yakındaki yeraltı madenlerindeki etkilerini anlayabilmek için, yeryüzündeki patlatmalardan kaynaklanan titreşimler, yeraltında ölçülmüş; yerüstünden yeraltına seyahat eden dalgaların uğradığı
değişiklikler incelenmiş; yeraltında kaydedilecek olası sismik dalgaların yeraltı yapılarına hasar verme potansiyeli tartışılmıştır. Bu amaçla, yakınında yeraltı işletmesi olan bir açık işletmedeki patlatmalardan kaynaklanan titreşimler, yeraltında ölçülmüş ve bu dalgaların yeraltı maden işletmelerine en düşük genlikle ulaşmaları için açık işletme patlatmaları tasarımları yapılmıştır.
Yapılan patlatmaların yeraltı madenine etkisinin olmadığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca pilot patlatmadan alınan verilerle titreşim genliklerinin en aza indirilmesi için uygun gecikmeler verilerek yapılan modellemelere bakıldığında, işletme tarafından yapılmakta olan patlatmalardaki gecikmelerin uygulanmasına devam edilmesi sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Açık işletme patlatmaları, yeraltı titreşim ölçümleri
ABSTRACT
INVESTIGATION AND MINIMISATION OF THE EFFECTS OF VIBRATION DUE TO SURFACE MINE BLASTS ON NEARBY
UNDERGROUND MINES
Aynur ARPAZLI
Master Thesis, Department of Mining Engineering Supervisor: Prof. Dr. Güzin Gülsev UYAR
Mayıs 2018, 67 sayfa
The origins of the seismic events in open-pit mines are the result of mining activities.
Changes in the stress field created behind the mirror lead to vibration with the removal of the surface covering. These vibrations are seismic events that ocur uncontrollably in any environment (underground, structure or material), depending only on human induced effects. While their formations are natural feature such as earthquakes, their origins are completely artificial. The most important vibration source in open-pit mining is explosion. The effects of induced seismic activities on the superstructure have been working for many years and can be minimized by appropriate methods. The effects of these events on underground mine near the open-pit mine have not been the subject of much work. In the studies, still approaches from the 1970’s have been used.
In this study, exploits in open-pit mining, in order to understand the effects of nearby underground mines, vibrations from earth's explosions were measured underground; the changes that are going on while traveling from surface to underground were examined;
the potential for damaging underground structures of possible microseismic waves recorded underground were disscussed. For this purpose, vibrations arising from exploitation of an open operation near the underground operation, measured underground and open business exploit designs were made to reach these underground mining operations with the lowest amplitude.
The result is that the explosions did not have any effect on the underground mine. In addition, when considering the models made by giving appropriate delays to reduce the vibration amplitudes received from the pilot, the continuation of the delays in the detonation being carried out by the enterprise.
Keywords: Surface mine blasting, underground microseismic measurements
TEŞEKKÜR
Tez çalışması, Hacettepe Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü’ nde 2014-2018 yılları arasında yürütülmüştür.
Tez çalışmamın ilk gününden son gününe kadar bilgisini, tecrübesi ve desteğini esirgemen çok kıymetli hocam ve danışmanım Prof. Dr. G. Gülsev Uyar’a, tez çalışmam boyunca çalışmanın ilerlemesi ve geliştirilmesinde gösterdiği emek ve anlayışı için sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Yüksek lisans eğitimimde, ders dönemi boyunca bilgilerini ve tecrübelerini esirgemeyen değerli Hacettepe Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü hocalarımın her birine çok teşekkür ederim.
Tezim için saha çalışmalarımı gerçekleştirdiğim, TKİ-ELİ İşletmesi yönetici ve çalışanlarına,
Doğduğum günden bugüne kadar her zaman yanımda olan ve desteklerini hiçbir şekilde esirgemeyen birtanecik annem Raziye Arpazlı’ya, canım babam Muhammet Ali Arpazlı’ya ve geçirdiğim zor zamanlarımda yanımda olan kıymetli yengem Zaliha Arpazlı’ya içten teşekkürlerimi sunarım.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... i
ABSTRACT ... iii
TEŞEKKÜR ... v
İÇİNDEKİLER ... vi
ÇİZELGELER ... vii
ŞEKİLLER ... viii
SİMGELER VE KISALTMALAR ... xi
1. GİRİŞ ... 1
1.1. Amaç ve Hedefler ... 1
1.2. Konu ve Kapsam ... 2
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ... 3
3.1. Lokasyon ... 13
3.2. Sahanın Jeolojisi ... 15
4. KURAMSAL DÜŞÜNCELER... 17
5. ARAZİ ÇALIŞMALARI ... 22
5.1. 10-11 Kasım 2015 Çalışmaları ... 22
5.1.1. 10 Kasım 2015 tarihli patlatma çalışması ... 23
5.1.2. 11 Kasım 2015 tarihli patlatma çalışması ... 27
5.2. 12 Ekim 2016 _TKİ ELİ Eynez Açık Ocak Patlatmasının Yeraltında Olan Etkilerinin Araştırılması Çalışması ... 34
6. EN UYGUN PATLATMA TASARIMININ BELİRLENMESİ... 38
6.1. TKİ ELİ Kısrakdere (A panosu) Patlatma Çalışmaları ... 39
6.1.1. Patlatma Tasarımı ve Patlatma Kaynaklı Titreşim Analizleri ... 39
6.2. TKİ ELİ Eynez Açık Ocağı Patlatma Çalışması ... 49
6.2.1. Pilot ve Grup patlatma uygulaması ve sismik dalgaların kaydedilmesi ... 49
7. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 59
KAYNAKLAR ... 62
ÖZGEÇMİŞ ... 67
ÇİZELGELER
Sayfa Çizelge 2.1. 1977’den günümüze kadar yapılan araştırmaların farklı araştırmacılar
tarafından belirlenen PPV değerleri ... 8
Çizelge 3.1. Eynez saha sınır koordinatları (1/25000 UTM ED 50) ... 13
Çizelge 5.1. 10 Kasım 2015 tarihli patlatma tasarım parametreleri ... 25
Çizelge 5.2. 10 Kasım 2015 patlatmasından kaynaklanan titreşim ölçümleri ... 25
Çizelge 5.3. 11 Kasım 2015’de yapılan patlatmaların tasarım parametreleri ... 28
Çizelge 5.4. 11 Kasım 2015 patlatmalarından kaynaklanan titreşim ölçümleri ... 29
Çizelge 5.5. Eynez Ocağında 12.10.2016’da yapılan patlatma parametreleri ... 36
Çizelge 5.6. 12.10.2016’da Eynez’de yapılan grup patlatmasından kaynaklı titreşim değerleri ... 37
Çizelge 6.1. A panosunda 31.05.2016’da yapılan patlatma parametreleri ... 40
Çizelge 6.2. 31.05.2016’da A panosunda yapılan patlatmadan kaynaklı titreşim değerleri ... 41
Çizelge 6.3. Eynez Ocağında 18.08.2016’da yapılan patlatma parametreleri ... 51
Çizelge 6.4. 18.08.2016’da Eynez’de yapılan pilot ve grup patlatmalarından kaynaklı titreşim değerleri ... 53
ŞEKİLLER
Sayfa
Şekil 3.1. Eynez Açık İşletme (Dereköy) sahasında çalışma alanı sınırları ... 12
Şekil 3.2. Manisa Soma TKİ ELİ Eynez Yer Bulduru Haritası ... 14
Şekil 3.3. Soma kömür havzasının genelleştirilmiş stratigrafik kesiti [54] ... 16
Şekil 4.1. J: Alt delme: 0.3xS (delik-ayna mesafesi) ya da J: tanα x (S)/2 ... 17
Şekil 4.2. Sıfır zamanındaki titreşim ve patlamanın başladığı YHVK karesi ... 18
Şekil 4.3. Aynadan arkaya doğru yarık gelişmeye başlarken yanal bileşendeki genlik artması ... 19
Şekil 4.4. Gelişen yarıkla beraber kütlenin ana kayadan kopmaya başlaması ve titreşimlerin azalması ... 19
Şekil 4.5. Ana kayadan ayrılan ve ötelenmeye başlayan kütleden yere düşen parçaların yarattığı titreşimler (Ana kayadan ayrılırken ortaya çıkan büyük genlikler gözlenmiyor) ... 20
Şekil 4.6. Kopan kütlelerin yere düşerken yarattığı titreşimler ... 20
Şekil 5.1. 10-11 Kasım 2015 tarihinde yapılan patlatma ve ölçüm lokasyonları [56] ... 22
Şekil 5.2. Deliklerin delinme işlemi ... 23
Şekil 5.3. Delikler için kullanılacak ANFO ve dinamit ... 24
Şekil 5.4. Patlatma titreşimlerini ölçen cihaz, jeofon ve mikrofon ... 24
Şekil 5.5. Soma TKİ-ELİ EynezAçık Ocağında 10 Kasım 2015’de yapılan patlatmanın (patlatma kotu:506m), patlatma yapılan kottan 51m aşağıdaki kotta (kot: 455m) alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı ... 26
Şekil 5.6. Soma TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 10 Kasım 2015’de yapılan patlatmanın (patlatma kotu:506m), patlatma yapılan kottan 76 m aşağıdaki kotta, kömür kotunda (kot: 430 m) alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı ... 26
Şekil 5.7. 11 Kasım 2015 tarihli patlatmalardan deliklerin delinmiş haldeki görüntüsü ... 27
Şekil 5.8. Soma TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 11 Kasım 2015’de yapılan patlatma#2’nin, yeryüzündeki cihaz#12270’den alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı (R:670m) ... 30
Şekil 5.9. Soma TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 11 Kasım 2015’de yapılan patlatma#2’nin, yeraltındaki cihaz#13638’den alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı ... 30
Şekil 5.10. Soma TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 11 Kasım 2015’de yapılan patlatma#3’ün, yerüstündeki cihaz#12270’den alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı
(R:650m) ... 31
Şekil 5.11. Soma TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 11 Kasım 2015’de yapılan patlatma#3’ün, yeraltındaki cihaz#13638’den alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı ... 31
Şekil 5.12. Soma TKİ-ELİ Açık Ocağında 11 Kasım 2015’de yapılan patlatma#4’ün, yerüstündeki cihaz#12270’den alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı (R:900m) ... 32
Şekil 5.13. Soma TKİ-ELİ Açık Ocağında 11 Kasım 2015’de yapılan patlatma#4’ün, yeraltındaki cihaz#13638’den alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı ... 32
Şekil 5.14. Eynez Ocağında grup patlatma yapılan yerler ve ölçüm cihazlarının (12270, micro) bulunduğu noktalar ... 34
Şekil 5.15. Titreşim ölçüm cihazının yerleştirilmesi ve patlatma sahasından görüntü ... 35
Şekil 5.16. Delik paterni. Dilim kalınlığı, B: 6 m, delikler arası mesafe S: 7m ... 37
Şekil 6.1. TKI ELI Soma Eynez ve Kısrakdere (A panosu) Panoları [57] ... 38
Şekil 6.2. A panosunda patlatma yapılan yer (kırmızı alev işareti) ve ölçüm cihazlarının (12270 ve 13638) bulunduğu noktalar (mavi yuvarlaklar) ... 39
Şekil 6.3. Delik paterni. Dilim kalınlığı, B: 2m, Delikler arası mesafe S: 5m. Deliklere verilen gecikmeler kırmızı ile gösterilmiştir (65 ms, 42 ms) ... 41
Şekil 6.4. Titreşim ölçer cihazın veri aktarımı ve incelenmesinde kullanılan yazılım görüntüsü: A panosunda yapılan patlatmanın, 13638 numaralı cihazdan alınan kayıt raporudur. Hasar kriter eğrileri Alman DIN4150 standartına göre hazırlanmıştır. ... 42
Şekil 6.5. Titreşim ölçer cihazın veri aktarımı ve incelenmesinde kullanılan yazılım görüntüsü: A panosunda yapılan patlatmanın, 13638 numaralı cihazdan alınan kayıt raporudur. Hasar kriter eğrileri, Türkiye Maden ve Taş Ocakları standartına göre hazırlanmıştır. ... 43
Şekil 6.6. Aynı verinin Alman ve Türk standartlarına göre izin verilebilen hasar kriterlerine göre durumu ... 44
Şekil 6.7. Cihaz#13638’den alınan veride, dalga biçiminin düşey bileşeni ... 44
Şekil 6.8. Cihaz#13638’den alınan veride, dalga biçiminin boyuna bileşeni ... 45
Şekil 6.9. Cihaz#12270’den alınan veride, dalga biçiminin yatay bileşeni ... 45
Şekil 6.10. Cihaz#12270’den alınan veride, dalga biçiminin düşey bileşeni ... 46
Şekil 6.11. Cihaz#12270’den alınan veride, dalga biçiminin boyuna bileşeni ... 46 Şekil 6.12. Eynez Ocağında pilot ve grup patlatma yapılan yerler ve ölçüm
cihazlarının (12270, 12269, 14465, 13638) bulunduğu noktaların Google
Earth’den alınan görüntüleri [58] ... 49 Şekil 6.13. Titreşim ölçüm cihazlarının yerleştirilmesi ve patlatma sahasından
görüntüler ... 50 Şekil 6.14. Delik paterni. Dilim kalınlığı, B: 6 m, Delikler arası mesafe S: 7m.
Delikler arası 42ms, sıralar arası 65 ms yüzey gecikmesi uygulanmıştır ... 52 Şekil 6.15. Bir deliğin dolduruluşu ... 52 Şekil 6.16. Cihaz 12269’dan alınan pilot kaydın, delikler arası 42 ms, sıralar arası 65 ms gecikme verilerek yapılan modellemesi ... 54 Şekil 6.17. Cihaz 12269’dan alınan pilot kaydın, delikler arası 65 ms, sıralar arası 100 ms gecikme verilerek yapılan modellemesi ... 55 Şekil 6.18. Cihaz 13638’dan alınan pilot kaydın, delikler arası 42 ms, sıralar arası 65 ms gecikme verilerek yapılan modellemesi ... 56 Şekil 6.19. Cihaz 13638’dan alınan pilot kaydın, delikler arası 65 ms, sıralar arası 100 ms gecikme verilerek yapılan modellemesi ... 57 Şekil 6.20. Cihaz micro’dan alınan pilot kaydın, delikler arası 42 ms, sıralar arası 65 ms gecikme verilerek yapılan modellemesi ... 57 Şekil 6.21. Cihaz micro’dan alınan pilot kaydın, delikler arası 65 ms, sıralar arası 100 ms gecikme verilerek yapılan modellemesi ... 58
SİMGELER VE KISALTMALAR
Simgeler
Hz Frekans, mm/s
Q Gecikme başına düşen patlayıcı miktarı, kg
R Patlatma yeri ile ölçüm cihazı arasındaki mesafe, m
S Delik-ayna mesafesi
ms Milisaniye
J Alt delme D Delik çapı, m H Delik boyu, m
Kısaltmalar
PPV En yüksek parçacık hızı SD Ölçekli mesafe
RMR Kaya kütle indeksi
YHVK Yüksek hızda video kamera
Tran Titreşim dalgasının yanal bileşeni (transversal) Ver Titreşim dalgasının düşey bileşeni (vertical) Lon Titreşim dalgasının boyuna bileşeni (longitudinal) DIN Alman Enstitü Standardı (German Institute for
Standardization)
USBM Amerikan Hasar Kriteri (United States Bureau of Mines) FFT Fast Fourier Transform
1. GİRİŞ
Açık ocaklarda yapılan patlatmalar kazıyı kolaylaştırmak ve patlatma sonucu uygun tane boyu elde etmek için en etkili ve maliyet olarak en uygun yöntemdir. Açık ocaklardaki patlatma sonucu yüzey örtüsünün kaldırılması ile ayna gerisinde yaratılan gerilme alanındaki değişimler maden alanında ve çevresinde titreşimlere yol açmaktadır.
Patlatmalardan kaynaklanan titreşimler, insan kaynaklı etkilere bağlı olarak meydana gelir. Bunların oluşum biçimleri deprem gibi olduğu için açık ocak işletmelerine yakın yerlerde bulunan yerüstündeki yapılara ve yeraltı işletmelerine etkileri olmaktadır.
Günümüze kadar patlatmalardan kaynaklanan sismik aktivitelerin yeryüzünde bulunan yapılara olan etkileri üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Ancak, bu olayların yakın çevrede bulunan yeraltı işletmelerine olan etkileri çok fazla konu olmamıştır. Bu yüzden hala, 1977 yılında Amerikan Açık Ocak Birliği tarafından yapılan çalışmanın sonuçlarına göre hazırlanan raporda [1] belirtilen ölçekli mesafelere göre açık işletmelerdeki patlatma kaynaklı titreşimlerin yeraltı madenlerinde izin verilen maksimum değerleri esas alınmaktadır.
1.1. Amaç ve Hedefler
Tezin amacı, açık işletmelerdeki patlatmalardan kaynaklanan titreşimlerin, sadece yeryüzündeki yapılara değil, yeraltındaki yakın maden işletmelerine de etkileri olabilmektedir. Literatürde yapılan araştırmalar az sayıda olup, hala 1977 yılında yapılan çalışma esas alınarak çalışmalar yürütülmektedir. Bu yüzden, bu konu ile ilgili bilgi birikimi sağlamak amaçlı arazi verileri toplayarak, bu verileri patlatma kaynaklı titreşimlerin oluşumu, kökeni, izlenmesi, dalgaların yayılımı gibi teorik bilgiler kapsamında yorumlayarak ve uygun gecikmeler verilerek modellemeler yaparak güncel sonuçlar elde etmektir. Bu çalışmalarda, yakınında yeraltı maden işletmesi bulunan bir açık işletmedeki patlatmalardan kaynaklı titreşimlerin yeraltında ölçülmesi, izlenmesi ve yorumlanması hedeflenmiştir.
Açık işletme patlatmalarının yeraltı madenlerindeki etkilerini araştıran çalışmalara literatürde çok rastlanmamaktadır. Literatürde hala geçerliliğini koruyan çalışma, 1977 yılında yapılan ve ölçekli mesafe, SD (scaled distance)’nin 60 olduğu durum için, yeraltında izin verilebilen en yüksek titreşim değerinin 25.4 mm/s olduğu çalışmadır
[1]. Bu titreşim değerinin esas alınması, yeraltındaki yapılara hasar verebilir, bu yüzden yeryüzünde yapılan patlatmaların yeraltına nüfuz ederken ki davranışlarını, genliklerini günümüzdeki patlatma tekniklerine ve yeraltı madeninin özelliklerine göre araştırmak gerekmektedir. Bu anlamda, çalışmanın, literatürdeki bir eksiği gidermek adına bir adım atılması açısından özgün değer taşıdığı düşünülmektedir.
Tez çalışmasında, Türkiye Kömür İşletmeleri (TKİ) ELİ Soma Eynez Açık işletmesindeki patlatmaların yeraltındaki davranışlarını anlamaya ve yeraltında en az genliklerin ölçüleceği patlatmaların tasarlanmasına yönelik çalışmalar yapılmış ve işletmeye önerilerde bulunulmuştur. Bu kapsamda yapılacak çalışmaların, literatüre de katkı koyacağı düşünülmektedir.
1.2. Konu ve Kapsam
Tezin konusu, açık işletme patlatmalarından kaynaklanan titreşimlerin, yakındaki yeraltı maden işletmelerindeki etkilerini araştırmak ve en aza indirebilmektir. Bu amaçla, TKİ’nin ELİ işletmelerindeki açık ocakta ve ocaklara yakın yeraltı madeninde çalışılmıştır.
Bu kapsamda yapılan çalışmalar aşağıda verilmiştir;
1- Seçilen açık işletmenin üst kotlarında yapılan patlatmalardan, giderek derinleşen alt kotlara sismik olayları ölçecek sismograflar yerleştirilmiştir. Yeraltı işletmesinde de yeryüzüne en yakın noktaya, bu noktanın yeryüzündeki izdüşümündeki noktaya, yeraltında değişik derinliklerdeki noktalara sismograflar yerleştirilmiştir. Bu ölçüm düzenindeki amaç, patlatma kaynaklı titreşim dalgalarının, kaynaktan giderek derinleşen kotlara doğru ilerlerken ki davranışını; yeryüzü/yeraltı kontağındaki davranışını ve yeraltında değişik derinliklerde ölçülüp ölçülemediğini anlamaktır.
2- Yeraltında hangi tip dalgaların ölçülebildiği ve bunların genlikleri ile ölçekli mesafe arasındaki ilişkiler bulunmaya çalışılmıştır.
3- Açık işletme patlatmalarından kaynaklanan sismik dalgaların yeraltında ölçülebilen değerleri ile patlatma parametreleri arasındaki ilişkiler bulunarak, titreşim dalgalarının yeraltına iletilebilen kısmının en az olabilmesi için tasarımlar yapılmıştır.
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Literatürde, açık işletmelerde yapılan patlatmalar sonucu oluşan sismik dalgaların, yeryüzündeki çevre yapıları için hasar verip vermediği; hasar vermemesi için yapılması gerekenler üzerine değişik yaklaşımlar; olası hasarları değerlendirebilmek üzere geliştirilen hasar kriterleri birçok araştırmacı tarafından yayınlanmıştır (Adhikari G.R.
vd. [2]; Cihangir F. [3]; Aldaş G.G.U., vd. [4]; Aldas G.G.U., Ecevitoglu B. [5]; Aldaş G.G.U. [6]; Bilgin, H.A., Çakmak, B.B. [7]; Aldaş G.G.U., Ecevitoglu G.B. [8]; Kamali M., Ataei M. [9]; Babayiğit A. [10]; Khandelwal M. [11]; Mohammadnejad M., Gholam R., Ramezanzadeh A., Jalali M.E. [12]; Ataei M., Kamali M. [13]; Özer Ü., Karadoğan A., Kahriman A., Aksoy M. [14]; Xue X., Yang X. [15]; Blair D.P., [16], Cardu M., Mucci A., Uyar G.G., [17]; Uyar G.G., Aksoy C.O., Kaypak B., [18]). Ancak yerüstü patlatmalarının yeraltı yapılarına, özellikle de yeraltı madenlerindeki tahkimatlara olabilecek etkilerinin araştırıldığı sınırlı sayıda yayına rastlanılabilmektedir.
Açık işletme patlatmalarından kaynaklanan titreşimlerin yeraltındaki açıklıklara verebileceği hasarı önlemek için 1977 yılında Amerikan Açık Ocak Birliği bir döküman hazırlamıştır [1]. Bu dökümana göre, açık ocakta yapılan patlatmaların yeraltı madenindeki açıklıklara hasar vermemesi için izin verilen titreşim değeri, ölçekli mesafe (Scaled-distance, SD) SD’nin 60 olduğu durum için 1inch/saniye (25.4 mm/s) dir. Buradaki ölçekli mesafe , SD:
SD: R / (Q)1/2
R: patlatma-ölçüm yeri arasındaki mesafe,m.
Q: aynı anda patlatılan patlayıcı madde miktarı, kg
1977 yılında hazırlanan bu dökümanda, SD’nin 60 olduğu durum için 25.4 mm/s titreşime izin verilmektedir. Yeraltı açıklıkları için izin verilen değerin daha yüksek olması, yerin içini kateden dalgaların düşük genlikli ve yüksek frekanslı cisim dalgaları olmalarındandır. Kaldı ki, Türkiye’de, açık işletmelerde yapılan patlatmalarda, çevre yerleşim yerlerindeki yapılara hasar vermemek adına, izin verilen limitlerin altında titreşimler yaratacak şekilde tasarım yapılmasına dikkat edilmek zorunluluğu bulunmaktadır. Yani, asıl amaç yer üstündeki yapılara hasar vermemek olduğu için, zaten 12.5 mm/s titreşim değerini geçmeyecek titreşimlerin yaratıldığı patlatmalar
yapılmaktadır. 1977 yılında hazırlanan bu döküman esas alınarak, açık işletme patlatmalarının yeraltı açıklıklarına vereceği titreşimlerin 1inch/saniyede kontrol altında tutulduğu çalışma, Simpson T. ve Phang M.K [19] tarafından gerçekleştirilmiştir.
Rubert ve Clark [20], Batı Virginia’daki Ferguson Madeninde yaptıkları araştırmada, yeraltı kömür madeninin 1.6 km doğusunda bulunan açık ocaktaki patlatma işlemlerinin yeraltı madenine etkisini araştırmışlardır. Kömür madeni yaklaşık 45-60 m aşırı yükün altında bulunmaktadır. Patlatmalar ve patlatmanın yarattığı titreşim ve hasarlar yaklaşık 6 ay boyunca izlenmiştir. Sonuç olarak, en yüksek tanecik hızı PPV (Peak Particle Velocity)’nin 50 mm/s’yi aştığı durumlarda ince çatlaklar şeklinde az miktarda hasarların oluşabileceği ortaya konmuştur. Maden koşullarında başka önemli zarar veya değişiklik kaydedilmemiştir.
Jensen ve arkadaşları [21], yaptıkları çalışmada, Amerika Madencilik Bürosu'nun bir parçası olarak, yeraltı madenlerine yüzey patlamasının yakınlığı için kriterler geliştirmek amacıyla, Kentucky eyaletindeki Jenny Madeni'nde oda ve sütunlu çalışmaların üstündeki kömür madenciliği için patlatma çalışmaları sırasında saha çalışmaları yapmışlardır. Madendeki fiziksel değişiklikleri tanımlamak için ölçümler ve gözlemler yapmışlar ve tavan düşme sıklığında herhangi bir değişiklik ya da görünürde bir hasar kaydetmemişlerdir. Patlama kaynaklı titreşimlerin kayıtlarını yeraltı madeninin tabanında bulunan sensörler kullanarak yapmışlardır. Maden tavanında saniyede 17.5 inç maksimum parçacık hızı (PPV) kaydetmişlerdir. Titreşim verileri analiz edilmiş ve tavan titreşim seviyeleri ile maden tabanında ve zemin yüzeyinde kaydedilenler arasında karşılaştırmalar yapmışlar ve sonuçları önceki patlama titreşim çalışmaları ile karşılaştırmışlardır. Gelişme kriterlerine yönelik daha fazla çalışma için öneriler yapılmıştır.
Kidybinski [22], yaptığı çalışmada Üst Silezya kömür madenlerinden örnekler vermiş ve kayaçlardan kaynaklanan şok enerjisine karşı çelik tahkimatların güvenlik faktörünü incelemiştir. Çelik tahkimatların ve tahkimat sistemlerinin çeşitli parçalarının şok enerjisi sönümleme yeteneğini, rasyonel destek tasarımı için bir temel olarak hesaplanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, PPV’nin 50-100 mm/s aralığında olduğu zaman yeraltı kömür madeninin tavanlarında küçük parçaların düşmesi şeklinde küçük hasarların oluştuğunu, PPV’nin 100-200 mm/s değerinde olduğu zaman ise daha büyük hasarların meydana geldiğini bildirmiştir.
Fadeev ve arkadaşları [23], yaptıkları çalışmada çeşitli yüzey ve yeraltı yapıları için izin verilen titreşim değerlerini bildirmişlerdir. Buna göre, yer altı madenlerinde herhangi bir hasar olmaması için, birincil madenlerde, yani hizmet ömrü 10 yıla kadar olan madenlerde yapılan tek bir patlatma için PPV değerinin 120 mm/s, tekrarlanan patlatmalar için ise PPV’nin 60 mm/s olması gerektiğini söylemişlerdir. İkincil madenlerde yani hizmet ömrü 3 yıla kadar olan madenlerde yapılan tek bir patlatma için PPV değerinin 480 mm/s, tekrarlanan patlatmalar için ise PPV’nin 240 mm/s olması gerektiğini söylemişlerdir.
Fourie ve Green [24], açık ocakta yaptıkları patlatmalar sonucunda yer altı kömür madeninde 30 mm/s’lik PPV’de hasarın çok az olduğunu gözlemlemiştir. PPV’nin 110 mm/s olduğu durumda ise hasarın yüksek olduğunu bildirmişlerdir. Masui ve Sen [25], yaptıkları çalışma sonucunda yeraltı kömür çalışmalarında 58 mm/s lik bir PPV değeri için herhangi bir hasara rastlamamıştır. Andieux ve arkadaşları [26], yaptıkları çalışmalarda PPV değerinin 300-398 mm/s arasında olduğunda çatlakların ve kaya kopmalarının meydana geldiğini gözlemlemiştir. Sonuç olarak mevcut çatlakların 4-5 m kadar uzadığını raporlamışlardır. Singh ve arkadaşları [27], açık ocak patlatmaları sonucu elde edilen 48 mm/s lik PPV değerinin yer altı kömür madenlerinde herhangi bir hasara yol açmadığını söylemişlerdir.
Tunstall [28], yer altı madenlerine gelen sismik dalgaların yaratacağı hasarlarda kayanın kalitesinin de önemi olduğunu söylemiş ve çok kaliteli kayalarda, RMR’ın (kaya kütle indeksi) 85 olduğu kayalarda, PPV değerinin 175 mm/s olduğunda yeraltı madenlerinde herhangi bir hasarın meydana gelmediğini ifade etmiştir. Ayrıca, daha önceden yapılan açık ocak patlatmaları sonucu gevşemiş RMR değeri 49 olan kayalarda, PPV değeri 46 mm/s olduğu durumlarda küçük hasarlar, PPV değerinin 379 mm/s olduğu durumlarda ise büyük hasarlar gözlemlendiğini belirtlmiştir.
Lewandowski ve arkadaşları [29], ilk başta yer altı kömür madeninin güvenliği için 50 mm/s’lik tutucu bir ölçüt getirmiştir. Daha sonra 250 mm/s’lik PPV değerinde hasarların gözlenmeye başladığını açıklamışlardır ve bu PPV değeri kriter olarak belirlenmiştir.
Singh ve arkadaşları [30], yaptıkları çalışma bölgesinin yeraltındaki kayalarının RMR değerleri 36.7 ve 57 arasındadır. Sismogramlar tavana ve sütunlara monte edilerek patlatma öncesi ve sonrasında katmanların davranışları izlendi. Titreşim verilerinin
102’si yeraltında kaydedilmiştir. Patlatma izleme noktasından 25 m uzakta gerçekleştirilmiştir. Patlatılan patlayıcı miktarı 2100 kg’dır. PPV değerinin 125 mm/s olduğunda tavanda küçük hasarların olduğu gözlenmiştir. Yapılan patlatmalar sonucu en yüksek PPV değeri 296.69 mm/s olarak bulunmuştur. Bu PPV değerinde 0.32 m3 ve 0.28 m3 kömür blokları tavandan ayrılmıştır. Sonuç olarak yer altı madeninin tavanında meydana gelen titreşimlerin sütunlara (direklere) kıyasla daha fazla olduğu görülmüştür.
Singh ve arkadaşları [31], araştırmalarını 7 kömür madeninde gerçekleştirmiştir.
Titreşimleri izlemek için daha önceki araştırmalardaki gibi sismometreler kömür madeninin tavan ve sütunlarına yerleştirilmiştir. Toplamda 202 patlatma yapılmış ve 622 adet veri elde edilmiştir. Kaydedilen PPV değeri 372.8 mm/s bulunmuş ve bu titreşim şiddetinde tavandan 0.38 m3’lük bir kömür bloğu ayrılmıştır. PPV değerinin 113 mm/s olduğu zamanlarda madenlerde küçük hasarlar meydana gelmiştir. PPV değeri 181.9 mm/s’yi aştığında büyük hasarlar gözlemlenmiştir. Bu çalışmada hasar 3 gruba ayrılmıştır;
a. Büyük Hasar : kaya veya kömür bloklarının düşmesi
b. Küçük Hasar : gevşemiş kayaların tavandan veya sütunlardan ayrılması c. Hasar Yok : görsel bir hasarın olmadığı durum
Ayrıca, kömür madenindeki çalışanların güvenliği için PPV eşik değerinin belirlenmesinde kayanın RMR değerine bakılmıştır. Her RMR değeri için farklı PPV değerleri elde edilmiştir. Patlatmada kullanılan patlayıcı miktarının 70 m mesafeye kadar titreşim yarattığı sonucuna varılmıştır. Tavanda meydana gelen titreşimlerdeki PPV değerinin direklerdekine göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir.
1977 dökümanı esas alınarak yapılan başka bir çalışma, West Virginia Department of Environmental Protection Office of Explosives and Blasting [32] tarafından raporlandırılmıştır. Bu çalışmada açık işletmenin yeraltı kömür ocağına mesafesi 63-96 m’dir. Açık işletmedeki patlatmaların yeraltına açıklıklarına etkisini görmek için, açık işletme-yeraltı ocağı sınırında, yüzeye bir sismograf, yüzeyden 114 m aşağıda, hemen yüzeydeki sismografın altına denk gelecek yerde yeraltındaki açıklık tavanına bir sismograf konmuştur. Açık ocaktaki işletmede patlatma –sismograf mesafesi 22.86 m’dir. Çok yakında bulunan bu cihazda ölçülen titreşim genliği 8 ips (203 mm/s) dir.
Yüzeyden 114 m aşağıdaki yeraltındaki cihaz ise hiç titreşim ölçmemiştir. Bu durum, patlatmaların yüksek enerjili titreşimlerini taşıyan yüzey dalgalarının yer içine nüfuz
edememesinden kaynaklandığı yukarıda açıklanmıştır. Bu rapora konu olan açık işletme ve yeraltı ocağındaki bu çalışma bir yıl süre ile devam ettirilmiş, alınan verilere göre açık işletmedeki patlatma titreşimlerinin yeraltında ölçülenin 2-9 katı arasında olduğu ortaya çıkmıştır.
Singh ve Roy [33], açık ocak patlatmalarının yeraltı kömür madenine etkisini araştırmak için 8 adet patlatma yapmış ve 19 adet veri elde etmişlerdir. Yer altı titreşim izleme konumlarından patlama yüzeylerine olan yatay mesafeler 110 ile 510 m arasındadır. Bu çalışma, yüzeyde kaydedilen titreşimin daima yer altında benzer mesafede kaydedilen titreşimden daha yoğun olacağını göstermiştir. Çalışma sonucunda, yüzeydeki PPV değerleri 7.07- 59 mm/s arasında, yer altı kömür ocağında kaydedilen PPV değerleri ise 2.23- 43.1 mm/s arasında olduğu tespit edilmiştir. Bu PPV değerlerine göre, yüzeyde kaydedilen PPV değerinin yeraltında kaydedilen PPV değerinden 1.26-2.99 kat daha yüksek çıktığı görülmüştür. Yeraltı galerileri ve diğer süreksizliklerin yeraltı izleme istasyonlarında titreşimin emilmesine katkıda bulunduğu gözlenmiştir.
Singh ve arkadaşları [34], yaptıkları çalışmada 86 adet patlatma yapmış ve patlatmalarda 95,978 kg patlayıcı kullanmıştır. Toplamda 258 adet patlatma titreşim verisi elde etmiştir. Titreşimler tavanda, yan duvarlarda ve tabanda eş zamanlı olarak kaydedilmiştir. En yüksek titreşim tavanda elde edilmiştir. Patlatma ile indüklenen zemin titreşim verileri piroteknik ve elektronik başlatma sistemleri ile ayrı ayrı analiz edilmiştir. Sonuç olarak elektronik başlatma sisteminin piroteknik başlatma sistemine göre %8-10 daha düşük titreşim ürettiği ortaya konulmuştur. Ayrıca yer altı boşluklarının yer titreşiminin zayıflatılmasında önemli rol oynadığı görülmüştür.
Yapılan bu çalışmada zemin titreşimlerinin izlendiği yerlerdeki RMR değerleri 50 ila 72 arasında değişmektedir. Sonuç olarak, tavanda ölçülen PPV değeri 100 mm/s, yan duvarlarda ölçülen PPV değeri 40 mm/s, yan duvarlardaki PPV değeri ise 20 mm/s olması gerektiğine karar vermişlerdir. PPV’lerin bu eşik değerleri, yer altı madeninde daha güvenli bir çalışma olması için RMR değerinin 50 olduğu durum için alınmıştır.
Literatüre geçmiş araştırmalardan görüleceği üzere, yüzeyde yapılan patlatmaların yeraltına olan etkilerinin incelenmesi çalışmalarına 1977 yılında başlanmıştır. Kömürün doğası gereği dalgaları uzun mesafelere kadar götürebilme özelliğinden dolayı [35], yüzey patlatmalarının yeraltındaki etkileri daha çok kömürde çalışılmıştır. Bu patlatmaların yeraltı yapılarına olan hasar verme etkileri için ortaya konmuş herhangi
bir hasar belirleme standardı olmamakla beraber, değişik araştırmacıların belirlediği hasar verme limit değerleri bulunmaktadır. Bu çalışmaların bir arada değerlendirilebilmesi için Çizelge 2.1’de hazırlanmıştır:
Çizelge 2.1. 1977’den günümüze kadar yapılan araştırmaların farklı araştırmacılar tarafından belirlenen PPV değerleri
Araştırma Adı Araştırmayı Yapanlar
Yıl PPV Değerleri
Criteria for the proximity of surface blasting to underground coal mines.
Rupert GB, Clark CB.
1977 50 mm/s’de çok az hasar Underground vibration from
surface blasting at Jenny mine Jensen D.E. ve arkadaşları
1979 17.5 ınç’ hasar yok Design criteria for roadway
supports to resist dynamic loads
Kidybinski A. 1986
50-100 mm/s’de az hasar 100-200 mm/s’de büyük hasar
Seismic control of mine and quarry blasting in the USSR
Fadeev A.B. ve arkadaşları
1987
10 yıllık madenler için : -Tek bir patlatma için 120 mm/s -Tekrarlanan patlatmalarda 60 mm/s
3 yıllık madenler için -Tek bir patlatma için 480 mm/s
-Tekrarlanan patlatmalarda 240 mm/s
Damage to underground coal mines caused by surface
blasting
Fourie A.B. ,
Green R.W. 1993
30 mm/s’de az hasar 110 mm/s’de büyük hasar
Underground vibrations from
adjacent open cut blasts Masui A. , Sen G.C.
1994 58 mm/s’de hasar yok The impact of blasting on
excavation design
Andieux P. ve arkadaşları
1994 300-398 mm/s’de çatak ve kaya kopmaları
Stability of underground coal mine openings and structures with particular reference to vibrations from surface mine
blasts
Singh P.K. ve arkadaşları
1995 48 mm/s’de hasar yok
Damage to underground excavations from open-pit
blasting
Tunstall A.M. 1997
Kaliteli kayalarda; 175 mm/s’de hasar yok
Kalitesiz kayalarda;
- 46 mm/s’de az hasar - 379 mm/s’de büyük hasar The impact of surface blasting
on underground opening–
geotechnical assessment
Lewandowski T.
ve arkadaşları 1999 250 mm/s’den sonra hasar meydan gelmekte
Impact of surface blasting on the stability of underground
workings
Singh P.K. ve
arkadaşları 1999
125 mm/s’de az hasar 297 mm/s’de büyük hasar Blast vibration damage to
underground coal mines from adjacent open-pit blasting
Singh P.K. 2002 181.9 mm/s’de az hasar 372.8 mm/s’de büyük hasar Report of Relating Surface
Coal Mine Scaled Distances to Deep Mine Roof Peak
Particle Velocities
West Virginia Department of Environmental Protection Office
of Explosives
2007 203 mm/s’de hasar yok
and Blasting Characterisation of blast
vibration generated from open-pit blasting at surface and in belowground openings
Singh P.K. ve Roy M.P
2008 -Yer altı sütunlarda 2.23- 43.1 mm/s arasında
-yüzeyde 7.07-59 mm/s arasında Blast vibration effecys in an
underground mine caused by open-pit mining
Singh P.K. ve arkadaşları
2015
-Yer altı kömür maden tavan için;
100 mm/s
-Yer altı kömür maden sütunlar için;
40 mm/s
-Yer altı kömür maden yan duvarlar için; 20 mm/s
Çizelge 2.1’ de verilen çalışmalara ek olarak, aşağıda, daha önce ELİ Müessesesi Müdürlüğü dekapaj kazılarında yapılan patlatmalar sonucunda meydana gelen titreşim ölçümlerinin yine yeryüzünde alınan titreşim değerlerinin incelendiği çalışmalar, bölgedeki patlatma kaynaklı oluşan dalgaların yeryüzündeki etkilerinin değerlendirilebilmesi amacıyla bu bölümde verilmiştir.
Özer vd. [36], ELİ Müessesesi Müdürlüğü Eynez-12 Panosu dekapaj kazısında patlatma kaynaklı titreşim ölçümlerinin değerlendirilmesi çalışması yapmıştır. Çalışmanın amacı, ELİ Müessesesi Müdürlüğünün Eynez-12 Panosu Dekapaj İşi sırasında yapılan patlatmalı kazıların, söz konusu ocaktaki dekapaj işine en yakın konumdaki ELİ’ye ait idare binaları ve tesislerde ve Eynez Köyündeki binalarda hasarlara neden olabilecek seviyelerde olup olmayacağı konusunda titreşim ölçümlerine dayalı risk analizi yaparak değerlendirmektir. Sahanın özgün yayılım titreşim formülünü bulmak için, 3 adet atım 10 adet titreşim ölçer cihaz ile izlenmiş, klasik Parçacık hızı-ölçekli mesafe ilişkileri geliştirilmiştir. Yapılan istatiksel değerledirmeler sonucu, sahaya ait özgün titreşim tahmin formülü bulunmuştur. Patlatmaların, patlayıcı madde miktarı gecikme başına 75 kg’ı geçmemek kaydı ile yapılması durumunda, idari bina ve tesislerin bulunduğu mesafelerde oluşacak titreşimlerin Alman DIN normu’nun 5 mm/s eşik hasar limitinden daha düşük olacağı yorumu yapılmıştır.
Özer vd. [37], ELİ Müessesesi Müdürlüğü Işıklar-9 Panosu dekapaj kazısında patlatma kaynaklı titreşim ölçümlerinin değerlendirilmesi çalışması yapmıştır. Çalışmanın amacı, ELİ Müessesesi Müdürlüğünün Işıklar-9 Panosu Dekapaj İşi sırasında yapılan patlatmalı kazılarının, söz konusu ocaktaki dekapaj işine en yakın konumdaki ELİ’ye ait idare binaları ve tesislerde hasarlara neden olabilecek seviyelerde olup olmayacağı konusunda titreşim ölçümlerine dayalı risk analizi yaparak değerlendirmektir. Bu çalışmada 120 atıma ait 99 olay (31 atımdan veri alınamamış) titreşim ölçer cihaz ile
izlenmiştir. Parçacık hızı-ölçekli mesafe grafikleri yardımı ile sahanın özgün dalga yayılım formülü bulunmuştur. Ancak bu çalışmada araştırmacılar, T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı Çevresel Gürültünün Değerlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeliğinin düşük frekanslar için belirlenen titreşim hızı olan 19 mm/s değeri eşik değer olarak kabul etmiştir. Bu değerin değişik uzaklıklarda (hedef bölgeler) aşılmaması için gecikme başına düşecek patlayıcı miktarlarını belirlemişlerdir. Yönetmeliğe göre izin verilen 19 mm/s hasar eşik değeri çok yüksek bir değerdir. Bu yönetmeliğin, USBM (American standartları)’ dan uyarlama olduğu ve ancak Amerikan standarlarında sağlam binalar için geçerli olabileceği düşünüldüğünde, Türkiye’deki yapılar için hasar eşik değeri olarak seçilmesinin, ileride binalar açısından sıkıntı yaratabileceği göz ardı edilmemelidir.
Uysal vd. [38], ELİ Müessesesi Müdürlüğü Eynez-13 Panosu dekapaj kazısında patlatma kaynaklı titreşim ölçümlerinin değerlendirilmesi çalışması yapmıştır.
Çalışmanın amacı, ELİ Müessesesi Müdürlüğünün Eynez-13 Panosu Dekapaj İşi sırasında yapılan patlatmalı kazıların, söz konusu ocaktaki dekapaj işine en yakın konumdaki ELİ’ye ait idare binaları ve tesislerde hasarlara neden olabilecek seviyelerde olup olmayacağı konusunda titreşim ölçümlerine dayalı risk analizi yaparak değerlendirmektir. Çalışma kapsamında 3 adet patlatmada toplam 41 adet delik ateşlenmiştir. Bu patlatmalar 6 farklı noktada 6 adet ölçüm cihazı ile izlenmiştir.
Cihazlardan elde edilen titreşim ölçümlerinde T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı Çevresel Gürültünün Değerlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeliğinin düşük frekanslar için belirlenen titreşim hızı olan 19 mm/s değeri eşik değer olarak kabul edilmiştir. Her ne kadar ölçülen titreşimler 350 m mesafelerde 3.5 mm/s değerini aşmasa da, eşik değerin 19 mm/s olarak alınması, bir önceki çalışmada olduğu gibi, izin verilen titreşim değerlerini arttıracak ve, müteahhit vasıtasıyla yapılan patlatmalardan Türk bina yapılarına ve en önemlisi şev stabilitesi uygun olmayan dalga genlikleri üreyebilecektir.
Bu sebeple, hangi yöntemle yapılırsa yapılsın, patlatma kaynaklı titreşimlerin kontrol altına alınması ve en aza indirilmesi çalışmalarında, çok muhafazakar olan Alman DIN (4150) normunun kullanılması önerilmektedir.
Sahada bugüne kadar yapılan çalışmalara bakıldığında, tamamının belli sayıda patlatma verisinden klasik parçacık hızı-ölçekli mesafe ilişkileri kurularak, hedef noktalarda eşik hasar değerlerini geçmemek adına, gecikme başına en fazla kullanılabilecek patlayıcı miktarını belirleyen çalışmalar olduğu anlaşılmaktadır.
Literatürdeki gerek yabancı ülkelerde yapılan çalışmalara gerekse ülkemizde Türkiye Kömür İşletmeleri’ nde yapılan çalışmalara baktığımız zaman, yerüstü patlatmalarının yakın yeraltı madenlerine etkisinin olduğu görülmektedir. Bu etkinin en az olabilmesi için izin verilen en yüksek parçacık hızları (PPV) çok yüksektir. Bizim çalışmamızda bu izin verilen değerlere göre değil de Alman DIN normu esas alınarak patlatmalar yapılmıştır. Sonuç olarak da, Alman DIN normuna göre frekans değerinin 10 Hz olduğu durumlar için tarihi eserlere dahi zarar vermeyecek değerin (2.5 mm/s) altında titreşim genlikleri ölçülmüştür.
3. ÇALIŞMA ALANI
Çalışma alanı Manisa İli Soma İlçesi sınırları içerisinde Türkiye Kömür İşletmeleri Kurumu Genel Müdürlüğü ELİ Müessesesinin Eynez Açık İşletme Sahasıdır. Şekil 3.1, Eynez Açık İşletme (Dereköy) sahasında çalışma alanı sınırlarını göstermektedir.
Çizelge 3.1. de, Eynez çalışma sahası sınır koordinatlarını göstermektedir.
Şekil 3.1. Eynez Açık İşletme (Dereköy) sahasında çalışma alanı sınırları
Çizelge 3.1. Eynez saha sınır koordinatları (1/25000 UTM ED 50)
Nokta No Y X
1 546904.752 4328696.039
2 547057.257 4328745.462
3 546705.649 4328378.322
4 546490.295 4328299.191
5 546390.326 4328192.779
6 546572.412 4327958.277
7 546795.773 4327790.075
8 547012.188 4327675.028
9 547258.321 4327971.133
10 547260.596 4328179.219
3.1. Lokasyon
Soma Kuzey Ege Bölgesinde, Akhisar-Bergama karayolu, Ankara-İzmir demiryolu üzerindedir. İlçe, deniz seviyesinden ortalama 160 m yükseklikteki Bakırçay vadisinde kurulmuştur. Havzada karakteristik İç Ege ilklimi görülmektedir. Yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve yağışlıdır. Sıcaklık, yazları +25 ile +35 C0, kışları -3 ile +10 C0 arasında değişmektedir. İlkbahar ve sonbahar bol yağışlıdır. Kış aylarında zaman zaman kar yağışı görülür. Bölgenin en önemli yükseklikleri kuzeydeki Göktepe (736 m), Adaçam tepe (334 m), Adatepe’dir (317 m). Güneyde ise, Dede tepe (1211 m), Sarıkaya tepe ( 951 m), Asar tepe (946 m), Kocadağ (556 m), Asarcık kaya tepe (531 m) ve Karapınar tepe (310 m) bulunmaktadır.
Havzanın en önemli akarsuyu, doğudan batıya doğru akan Bakırçay’dır. Bu akarsuya kuzeyden ve güneyden karışan birçok dereler vardır. Bunların en önemlileri kuzeyde Kör dere, Döşeme dere ve Yağcılı Çayı ile güneyde Karadere ve Değirmendere’dir.
Bitki örtüsü, Akdeniz iklimine uygundur. Yüksek yerler genellikle çam ormanları ile kaplıdır. Alçak yerler ve düzlüklerde ekili ve dikili tarım alanları yer almaktadır.
İnceleme alanı Eynez sahası, Manisa iline bağlı Soma ilçe sınırlarında ve Soma’nın yaklaşık 20 km. Güney batısında (Şekil 3.2.’de kırmızı ile işaretli saha) bulunmaktadır.
Soma İzmir’e karayolu ile 120 km Balıkesir’e 75 km ve bağlı bulunduğu Manisa kent merkezine ise 95 km mesafede bir maden şehridir. Çalışma alanına aktif olarak çalışan yeraltı ve açık işletmelerinin kullandığı maden yollarını kullanarak ulaşmak mümkündür.
Şekil 3.2. Manisa Soma TKİ ELİ Eynez Yer Bulduru Haritası
Soma'nın güneyinde, kuzey-güney yönünde bir dağ silsilesi olan Soma dağları uzanmaktadır. Bu dağ silsilesini, kuzeyden üç taraftan Bakırçay’ın geniş vadisi çevrelemektedir. Bütün tali dereler sularını Bakırçay’ına boşaltmaktadırlar. Çamlıca dağı (1211 m) bölgenin en yüksek noktasıdır. Bölgede daha çok iç Ege ikliminin özellikleri görülmektedir. Yazları sıcak ve kurak, kışları yağışlıdır. Yüksek alanlarda yer yer kar yağışı da görülmektedir. Kışları genel olarak ılıman bir iklim hâkimdir.
3.2. Sahanın Jeolojisi
Soma Havzası içinde yer alan birimler günümüze kadar değişik araştırmacılar tarafından ayrınıtlı olarak incelenmiştir (Chaput [39]; Kleisorge [40], [41]; Arni [42];
Brinkman vd. [43]; Nebert [44]; Akyürek ve Soysal [45]; İnci [46], [47], [48]; İnci vd.
[49], [50]; Arpalıyiğit [51]; Dirik vd. [52]).
Büyük yükseklik farkları, bölgede ilk jeolojik çalışma yapan araştırıcının Kleinsorge’ in [40], [41] kaydettiği gibi, bölgede Alp orojenezinin etkisinin görüldüğünü ispat etmektedir. Soma dağ silsilesinin yapısına grovak, kalker ve Tersiyer tabakaları olmak üzere üç ana kayaç grubunun iştirak ettiğini ve hepsinin tektonik bakımdan önemli derecede faylanmış olduğunu söylemek mümkündür [53].
Soma havzasında Paleozoyik-Güncel zaman aralığında oluşmuş kaya toplulukları ve alüvyal sedimanlar yüzlek vermektedir. Genel olarak havzada temeli Paleozik grovakları ile Mesozoyik kristalize kireçtaşları oluştururken, bu birimleri ekonomik linyit düzeylerini içeren Neojen sedimanları uyumsuz olarak örter. Kırkağaç, Soma ve Bakırçay grabenlerine ait Pliyo-Kuvaterner kaya toplulukları ile modern grabenleri dolduran alüvyonlar bölgedeki en genç jeolojik oluşumlardır [49], [50].
Şekil 3.3’ de Soma kömür havzasının genelleştirilmiş stratigrafik kesitini göstermektedir.
Şekil 3.3. Soma kömür havzasının genelleştirilmiş stratigrafik kesiti [54]
Zaman Devir Devre Sembol Kalınlık
Qym Qal
P3
P2
150 - 350
KP 1-2
P1
80 - 120
KM3
M3
40 - 60
M2
80 - 100
M1
TM
1 - 50
PALEOZOİK MESOZOİK PERMO KARBONİFER - KRETASE
SENOZOİK TERSİYER PLİOSENMİOSEN
Litolojik Stamp Açıklama Yamaç molozu Alüviyon
Sileks yumrulu kireçtaşı
Andezitik bazaltik anglomera
Tüfit
Marn bej renkli
Kil, kum, silt
(Yer yer linyitli organik maddece zengin)
Kömür horizonu (orta damar)
Kireçtaşı yer yer silisifiye bioklastlı, gastropot fosilli
Marn yaprak fosilli tabakalı mavi-gri
Kömür horizonu (ana damar)
Kil kum kumtaşı, çakıl çakıltaşı
Rekristalize kireçtaşı
Grovak
4. KURAMSAL DÜŞÜNCELER
Açık işletmelerde yapılan patlatmaların, işletmeye çok yakın, hatta bazı durumlarda işletmenin hemen altında yeralan yeraltı kömür ocaklarına olan etkileri ile ilgili yorum yapabilmek için, kaya parçalanma mekanizması, patlayıcı-kayaç etkileşimi, patlatmaların plastik-deformasyon zonu ve elastik zonu gibi önemli parametreleri birarada değerlendirmek gerekmektedir. Aşağıda sıralanan maddeler, bu parametrelerin birlikte değerlendirildiği görüşleri içermektedir.
1- Açık ocak patlatmalarında, patlayıcının kayaç ile etkileşimi sırasında, enerjinin bir bölümü plastik deformasyon zonu içerisinde kayacın parçalanma/ötelenme işinde kullanılırken, kalan kısmı da elastik (ses ve sismik dalgalar) enerji olarak yayılmaktadır. Plastik deformasyon bölgesi, patlatma paterni ve kullanılan patlayıcı miktarına göre değişmektedir. Basamak tabanını sıfırdan kesebilmek, delik tabanında parçalanmadan kalan tırnak oluşumunu önlemek, arzu edilen parçalanmayı ve ötelenmeyi sağlamak için delik-ayna mesafesinin 0.3 katı kadar basamak boyundan derin delik delindiği düşünülürse, plastik deformasyon zonunun sınırları daha iyi anlaşılabilir. Şekil 4.1’de alt delme yapılan durumdaki parçalanmanın etki bölgesi görülmektedir.
Şekil 4.1. J: Alt delme: 0.3xS (delik-ayna mesafesi) ya da J: tanα x (S)/2
2- Açık ocak patlatmalarının yaratacağı plastik deformasyon bölgesini ve elastik enerji ilişkisini anlayabilmek için yüksek hızlı video kamera (YHVK)’ dan alınan patlatma görüntüleri ile aynı patlatmaya ait sismik sinyaller dekonvolüsyon işlemlerinden geçirilerek senkronize edilmiş görüntü ve sismik sinyal verileri karşılaştırılarak, patlama sürecinde gelişen olaylar birbirleriyle
ilişkilendirilir [55]. Senkronize edilmiş YHVK görüntüsü ile sismik sinyallerin karşılaştırılması, patlatmaların doğası hakkında çok önemli bilgiler sağlar. Bir başka deyişle sıfır zamanında, titreşimin başladığı anla görüntü karesi eşleştirilmiştir. Titreşim verisinin üç bileşeni ((T)ransversal, (V)ertical, (L)ongitudinal) Şekil 4.2’de YHVK görüntüsünün altındadır. En alttaki eksen zaman eksenidir.
Şekil 4.2. Sıfır zamanındaki titreşim ve patlamanın başladığı YHVK karesi
Titreşim verilerinin üzerindeki dikey çubuk, belirlenmiş zaman aralıkları içerisinde sağa sola ilerlemektedir. Dikey çubukla beraber YHVK görüntüleri de ilerlemektedir.
Böylece titreşim verisindeki piklerin hangi görüntülerle eşleştiği analizi yapılabilmektedir. Şekil 4.2’de henüz sıfır zamanındaki titreşim ve patlamanın başladığı kare görülmektedir. Bundan sonraki ardaşık şekillerde (Şekil 4.3 ve 4.4) patlatma sırasında gelişen infilak dalgaları neticesinde yaratılan şok etkisiyle ana kayadan koparak parçalanma sırasında oluşan büyük titreşim genlikleri görülmektedir. Çünkü titreşimler (elastik enerji), kaya bloklarının ana kayadan ayrılması sırasında yaratılan plastik deformasyon ile birlikte oluşmaktadır. Şekil 4.5’den sonra, parçalanma ile beraber gelişen yarıktan itibaren kopma süreci tamamlanmıştır; artık patlayıcının şok etkisiyle kayadan ayrılan kütle, patlayıcının gaz etkisiyle ötelenmeye başlamaktadır.
Şekil 4.3. Aynadan arkaya doğru yarık gelişmeye başlarken yanal bileşendeki genlik
artması
Şekil 4.4. Gelişen yarıkla beraber kütlenin ana kayadan kopmaya başlaması ve titreşimlerin azalması
Şekil 4.5. Ana kayadan ayrılan ve ötelenmeye başlayan kütleden yere düşen parçaların yarattığı titreşimler (Ana kayadan ayrılırken ortaya çıkan büyük genlikler gözlenmiyor)
Şekil 4.6’da gözlenen küçük genlikli titreşimler, ötelenen kütlelerin yere düşmeleriyle oluşan titreşimlerdir.
Şekil 4.6. Kopan kütlelerin yere düşerken yarattığı titreşimler
YHVK ve titreşim dalgalarının eş zamanlı izlenmesiyle çok önemli bir bulgu elde edilmiştir. Sanılanın aksine, büyük genlikli titreşimler, patlayıcının infilakı süresince ana kayadaki parçalanma ve kopma işlemi sırasında oluşmaktadır. Ana kayadan kopma tamamlandığı zaman, Şekil 4.6’ da görüldüğü gibi, büyük genlikli titreşimler azalmaktadır. Yere düşen kaya kütleleri sadece mikrotrömör (küçük genlikli) yaratmaktadır. Buradan, büyük genlikli titreşimlerin etkili olduğu süreden, ana kayadaki parçalanma ve kopma olayının gerçekleştiği plastik deformasyon zonunu yatay yönde belirlemek mümkündür. Bu örnekte, patlatma ile oluşan yüzey dalgası hızı 600 m/s idi.
Şekillerden, büyük genlikli titreşimlerin etkili olduğu sürenin ilk 0.2 saniye olduğu görülmektedir. Basit bir hesapla plastik deformasyonun etkili olduğu bölgenin yatayda 120 m olduğu bulunabilir. Düşeyde ise durum değişmektedir. Çünkü, hava-katı ara yüzeyinde ortaya çıkan ve büyük genliklere sahip yüzey dalgaları, yerin içine doğru devam edememekte, yerin içini kat eden cisim dalgaları ise düşük genlikli yüksek frekanslı olmaları sebebiyle, patlayıcının olumsuz etkilerini yerin içine taşımamaktadır.
Bu sebeple, plastik deformasyonun ana kaya ve kayadaki çatlak sistemlerinde etkili olduğu mesafe yatayda 120 m iken (bu örnekte), düşeyde, delik boyu (alt delme ile birlikte) kadardır.
Önceki araştırmalarda izin verilen PPV değerleri çok yüksek olduğu için, bizim çalıştığımız ocakta bu izin verilen PPV değerlerinden herhangi biri esas alınarak patlatma yapılırsa yeraltı madenine ve çevreye zarar verecektir. Eynez açık ocağındaki patlatmalar Alman DIN normu esas alınarak yapılmıştır. Patlatmaların yeraltına herhangi bir etkisinin olup olmadığı araştırılmıştır. İlk çalışma, 10-11 Kasım 2015’de gerçekleştirilmiştir. İkinci çalışma ise 12 Ekim 2016 tarihinde yapılmıştır. Takip eden bölümde bu çalışmalara değinilmiştir.
5. ARAZİ ÇALIŞMALARI
Arazi çalışması olarak 10-11 Kasım 2015’de ve 12 Ekim 2016’da çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalarda işletme tarafından uygulanan patlatma tasarımlarının yakın yeraltı madenine bir etkisinin olup olmadığını anlamak için patlatmaya yüzeyden belli bir mesafeye ve yeraltında belirli noktalara sismograflar yerleştirilmiştir.
Sismograflardan alınan titreşim kayıtlarına bakılarak patlatma sonucu oluşan sismik dalgaların yeraltı madenine etkileri anlaşılmaya çalışılmıştır.
5.1. 10-11 Kasım 2015 Çalışmaları
TKİ-ELİ Eynez Açık İşletmesindeki patlatmalardan kaynaklanan titreşimlerin Eynez Karanlık dere yeraltı ocağına etkilerini anlayabilmek için 10-11 Kasım 2015 tarihlerinde bir dizi çalışma yapılmıştır. Şekil 5.1’de patlatma ve ölçüm lokasyonları verilmektedir.
Şekil 5.1. 10-11 Kasım 2015 tarihinde yapılan patlatma ve ölçüm lokasyonları [56]
P2: 10 Kasım patlatması (8 delik)
P3: 10 Kasım patlatmasından kaynaklanan titreşimleri ölçen cihaz (üst kotta) P1: 10 Kasım patlatmasından kaynaklanan titreşimleri ölçen cihaz (kömür kotunda) P4: 11 Kasım Patlatma#1 (21 delik)
P5: 11 Kasım Patlatma#2 (5 delik)
P6: 11 Kasım Patlatma#3 (118 delik, müteahhit) P7: 11 Kasım Patlatma#4 (93 delik, müteahhit)
a1: Soma Eynez yeraltı ocağının üstüne gelen yeryüzü noktasındaki cihaz yeri
5.1.1. 10 Kasım 2015 tarihli patlatma çalışması
İlk çalışmada, 10 Kasım tarihinde, işletme, 16 Marion’un bulunduğu basamakta 8 adet delikten oluşan bir grup patlatması yapmıştır. Bu patlatmadan kaynaklanan titreşim dalgalarının davranışını izleyebilmek için tarafımızca 455 m ve 430 m kotlarına iki sismometre yerleştirerek titreşim ölçümü yapılmıştır. 430 m kotu, kömür kotudur. 506 m kotu ise 16 Marion’un bulunduğu kottur. Patlatma tasarım parametreleri işletme tarafından uygulanmakta olan parametrelerdir.
Şekil 5.2, 5.3 ve 5.4’ de sırasıyla delme işlemi, patlayıcı maddeler ve titreşim ölçüm cihazlarını göstermektedir.
Şekil 5.2. Deliklerin delinme işlemi
Şekil 5.3. Delikler için kullanılacak ANFO ve dinamit
Şekil 5.4. Patlatma titreşimlerini ölçen cihaz, jeofon ve mikrofon
Çizelge 5.1, 10 Kasım 2015 tarihli patlatma tasarım parametrelerini göstermektedir.
Çizelge 5.1. 10 Kasım 2015 tarihli patlatma tasarım parametreleri
Patlatma Tasarım Parametreleri
Delik çapı, D 9 inch
Delik boyu, H 14m
Delik sayısı 8
Delik ayna mesafesi, B 5m Delikler arası mesafe, S 6m
Patlayıcı, Anfo 200kg
Yemleme Dinamit 2.5kg
Delikler arası gecikme 42ms
Açıklama Çift tij delinmiştir. Tabana 1.5kg yemleme dinamit, üzerine 125kg Anfo, arasıkılama, arasıkılamanın üzerine 1 kg yemleme dinamit, 75 kg Anfo, üzerine sıkılama.
Ölçüm yerleri Patlatma kotu 506m dir. Patlatma bölgesinin altına gelecek şekilde 3 basamak altta 455 kotuna cihaz 13638, 430 kotuna yani kömür
kotuna cihaz 12270
yerleştirilmiştir.
Çizelge 5.2’ de 10 Kasım 2015 patlatmasından kaynaklanan titreşim ölçümlerini göstermektedir.
Çizelge 5.2. 10 Kasım 2015 patlatmasından kaynaklanan titreşim ölçümleri
Tarih Cihaz Q, kg
R, m Yanal bileşen, mm/s
Düşey bileşen, mm/s
Boyuna bileşen, mm/s
Vektörel toplam, mm/s
Etken Frekans, Hz
10.11.2015 13638 200 51 m 1.78 2.54 3.94 3.97 4-5
10.11.2015 12270 200 76 m 3.05 4.19 2.03 5.12 4-6
Q: gecikme başına düşen patlayıcı miktarı R: patlatma, ölçüm yeri arası mesafe
Şekil 5.5 ve 5.6, sırasıyla TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 10 Kasım 2015’de yapılan patlatmanın (patlatma kotu:506m), patlatma yapılan kottan 51 m aşağıdaki kotta (kot:
455m) ve 76 m aşağıdaki kotta (kot:430 m) alınan 3 bileşendeki titreşim kayıtlarını göstermektedir. Gerek Çizelge 5.2’deki en yüksek parçacık hızı genliklerine, gerekse de Şekil 5.5 ve 5.6’daki sinyallere bakıldığında, patlatma bölgesinden aşağıdaki kotlarda bulunan cihazlardan, en altta olanı, yani kömür kotuna konanı, bir üst kottakine göre daha yüksek titreşim genliği ölçmüştür. Özellikle Şekil 5.6’da, 2. saniyeden sonra, düşey bileşende tekrar bir genlik artışı dikkati çekmektedir. Cihaz 13638, patlatmaya düşey mesafede cihaz 12270’e göre daha yakın olmasına rağmen, daha düşük titreşim genlikleri ölçmüştür. Bunun nedeni kömürün kanal dalgası özelliğidir.
Şekil 5.5. Soma TKİ-ELİ EynezAçık Ocağında 10 Kasım 2015’de yapılan patlatmanın (patlatma kotu:506m), patlatma yapılan kottan 51m aşağıdaki kotta (kot: 455m) alınan 3
bileşendeki titreşim kaydı
Şekil 5.6. Soma TKİ-ELİ Eynez Açık Ocağında 10 Kasım 2015’de yapılan patlatmanın (patlatma kotu:506m), patlatma yapılan kottan 76 m aşağıdaki kotta, kömür kotunda
(kot: 430 m) alınan 3 bileşendeki titreşim kaydı
5.1.2. 11 Kasım 2015 tarihli patlatma çalışması
11 Kasım tarihinde, işletme tarafından 2 adet patlatma yapılmıştır. Ayrıca, Müteahhit sahasında yapılan 2 adet grup patlatmasıyla birlikte toplamda 4 patlatma yapılmıştır. Bu dört patlatmadan kaynaklanan titreşim genliklerini ölçmek ve değerlendirmek için, Soma Kömürleri Eynez Yeraltı ocağına 2 adet cihaz koyulmuştur. Yeraltındaki cihazların bulunduğu bölgenin üstünde, yeryüzüne de bir adet titreşim ölçer cihaz yerleştirilmiştir. Yerüstündeki cihaz 12270 ile yeraltındaki cihaz 13638 arasında düşeyde yaklaşık 114 m kot farkı bulunmaktadır. Yeraltına yerleştirilen diğer cihaz 12269 ise, cihaz 13638’den 50 m daha aşağı kota yer almaktadır. Yüzeydeki cihaz 12270 ile en aşağıya yerleştirilen cihaz 12269 arasında 164 m kot farkı bulunmaktadır.
Şekil 5.7. 11 Kasım 2015 tarihli patlatmalardan deliklerin delinmiş haldeki görüntüsü
11 Kasım 2015’de yapılan patlatmaların tasarım parametreleri Çizelge 5.3’ de verilmektedir.
